A Breakage Model for Discrete Element Simulations Applied to Iron Ore Sinter

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Aufgrund von mechanischen Belastungen während Transport- und Lagerprozessen zerfällt Schüttgut teilweise und es entsteht Feinmaterial. Dies kann in verschiedenen Anwendungen problematisch sein und ist bei Hochofensinter besonders kritisch. Feinmaterial muss erneut gesintert werden, was zu zusätzlich hohem Energiebedarf, hohen Kosten und Emissionen führt. Zur Analyse des Bruchverhaltens von Hochofensinter wurde ein hochautomatisierter Prüfstand für Einzelpartikelprallversuche mit integrierter Fragmentanalyse entwickelt. Die Partikelgrößenverteilung nach dem Bruch, die Produktion von Feinmaterial und die Bruchwahrscheinlichkeit wurden untersucht und es konnten klare Trends ermittelt werden. Durch die Einführung eines Größenfaktors konnte eine allgemeine Kurve für die Produktion von Feinmaterial berechnet werden. Eine größenunabhängige Beschreibung mit dem tn-Modell wurde ebenfalls durchgeführt. Weder eine Methode im Post-Processing noch Bonded Particle Modelle wurden als geeignet angesehen, um die Degradation von Hochofensinter während Transport- und Lagerprozessen zu simulieren. Ein neues Bruchmodell für die Diskrete-Elemente-Methode unter Verwendung polyedrischer Partikel wird präsentiert. Das Bruchmodell basiert auf einem probabilistischen Particle Replacement mit Voronoi-tessellierten Fragmenten. Im Gegensatz zu anderen Particle Replacement Modellen mit Kugeln, bleiben Masse und Volumen konstant. Hohe Massenströme und wiederholter Bruch von Fragmenten für Prozesse mit mehreren Schadensereignissen, wie sie in industriellen Anwendungen vorkommen, können simuliert werden. Das Bruchmodell wurde anhand einer Versuchsreihe mit Fallversuchen und zwei Versuchsreihen mit verschiedenen Schurrensystemen mit unterschiedlichen Sinterchargen von zwei verschiedenen Herstellern verifiziert und validiert. Die Simulations- und Versuchsergebnisse sind konsistent. Insbesondere der Feinanteil wird mit hoher Genauigkeit vorhergesagt. Das Bruchmodell wurde erfolgreich zur Quantifizierung des Partikelbruchs in einer Feststoffturbine eingesetzt, welche zur Reduzierung von Entmischung beim Befüllen von Bunkern dient.

Details

Titel in ÜbersetzungEin Bruchmodell für die Diskrete-Elemente-Methode angewandt an Hochofensinter
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
DOIs
StatusVeröffentlicht - 2023